JP3477576B2 - ３次元物体の製造方法 - Google Patents

３次元物体の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、請求項１の前提部分に記載された３次元物
体の製造方法に関する。
３次元物体は、“層製造”として知られている方法で
は、最初は液状または粉末状の材料を順次層状に塗工し
固化することにより、層状に成形される。好ましくは、
この固化は、レーザーなどの収束光ビームを、各層の物
体に対応する箇所へ導き、そこで材料を固化させること
で行う。固化媒体として粉末固体材料を用いる方法は米
国特許第4863538号に開示されている。
液状または粉末状の材料を用いた方法を実施するため
の装置は、ドイツ特許第3134265号に開示されている。
また、特に粉末状の材料を用いた方法を実施するため
の装置がドイツ特許第4300178号に開示されている。
照射および成形部についての予め定められた特性を得
るために、異なる粉末の混合物が用いられ、各粉末は、
融点などの温度特性や粘性などの流動学的特性が異な
る。しかしながら、粉末混合物を用いることには、以下
のような欠点がある。
マクロ的粉末混合物において、粉末の個々の粒子は、
混合物の対応する成分のもつマクロ的温度特性や流動学
的特性を有する。レーザービームを用いて層を照射した
後に冷却すると、ポリマー鎖の均質性および規則性の結
果として個々の領域（粉末粒子）において結晶化が生じ
る。これは、分子規模において、ポリマーが照射の際に
完全に混合していないからである。結晶化により、成形
部には、１パーセントを越える容積収縮が生じる。この
容積収縮は、三次元モデルを製造する際の最も大きな問
題点の一つである。なぜなら、容積収縮は、正確な温度
制御によってしかコントロールすることができないから
である。しかしながら、このような温度制御は、高価で
ありながら、せいぜい個々の層の収縮を防止するにすぎ
ない。あらゆる場合に、完成した成形部を冷却すると収
縮が生じる。結晶化の程度、すなわち、全容積における
結晶化領域の割合は、冷却温度に依存する。また、冷却
速度は幾何学的構成にもやはり強く影響されるので、例
えば、薄い壁と大きな充填容積部とでは、それぞれかな
り異なる。結晶化による収縮は、常に、成形部の精度の
不安定要因となる。
さらなる欠点として、塗工工程中や、処理中や、回収
中に粉末が分離したりその混合比が変化することがあ
る。分離のおそれは、密度や、粒子の形状や、粒子の大
きさが異なるような粉末混合物の場合に最大となる。
粉末混合物のさらなる欠点として、温度特性や機械的
特性など、後にできる成形部の特性が、劣る方の成分に
より決定されてしまうことがある。
本発明の目的は、プロセス制御を簡単にするととも
に、出発材料において後にできる成形部の所望の特性を
容易に調節し変化させることのできる三次元物体の製造
方法を提供することにある。
この目的は請求項１記載の方法により達成される。本
発明のさらなる実施例は、従属請求項に記載されてい
る。
ポリマー混合体は、２種類以上のポリマーまたはコポ
リマーの分子混合物である。混合物は、溶融体として作
られ、その後、粉末に変換される。すなわち、粉末粒子
は予め定められた混合比において種々のポリマーを含ん
でいる。このことは、後にできる成形部の均質性にとっ
て重要である。ミクロ的混合物は、混合物成分の特性を
組み合せた、通常は平均的な値をとる新たな層を構成す
る。従って、分子レベルにおいて、ぜい性−柔軟性とか
低粘性−高粘性といった異なる特性プロファイルを組み
合せることが可能となる。ガラス温度や、剪断弾性係数
や、粘性の値は、ポリマー混合体について連続的に調節
することができる。すなわち、後にできる成形部の所望
の特性は、出発材料においてすでに調節することができ
る。
ポリマー混合体には種々の鎖構造が存在するため、結
晶化は強く妨げられるか、もしくは、完全に抑止され
る。従って、結晶化により生じる容積収縮も防止され
る。非晶質ポリマー混合体については、容積収縮は完全
に排除される。このことは、プロセス制御を簡単にする
とともに、同じプロセス費用を用いて、より高精度なモ
デルを製造することを可能とする。
ポリマー混合体は、分子レベルでの混合物であるた
め、粉末の処理中や回収中に粉末が分離したりその混合
比が変化することはあり得ない。混合比の不変性は、再
使用粉末を用いた場合にも保証される。
本発明のさらなる特徴と利点は、図面を参照した実施
例の説明により明らかになろう。
図は、本発明の方法を実施するための装置である。
上部が開放したタンク１には、水平面すなわち表面２
まで粉末状のポリマー混合体３が充填されている。実質
的に平板状の水平支持板５を有する支柱４が、タンク１
内のポリマー混合体の領域内に設けられている。支持板
５は表面２に平行であり、図示しない高さ調節装置によ
り、表面２または支持板５に直交する方向において上方
および下方にそれぞれ移動して位置づけることができ
る。
物体６は支持板５上にあり、後に説明するように、そ
れぞれが表面２および支持板５に平行に延在する複数個
の層6a、6b、6cおよび6dから構成される。
図示しないが、表面２を平滑にするための装置が、タ
ンク１の上方に設けられている。この装置は、例えば、
ドラムやワイパーとして形成することができる。
収束光ビーム８を発生する照射装置７が、タンク１の
上方に設置されている。好ましくは、照射装置７はレー
ザーからなる。収束光ビーム８は、例えば回転ミラーな
どの偏向装置９により偏向され、タンク１の内部のポリ
マー混合体３の表面２上に偏向ビーム10として導かれ
る。制御装置11は、偏向ビーム10がタンク１の内部のポ
リマー混合体３の表面２の所望の箇所に当たるように偏
向装置９を制御する。
３次元物体の製造方法において、第一のステップは、
支持板５の上面側とタンク１内のポリマー混合体３の表
面２との間の距離が予め定められた層厚に正確に対応す
るように、タンク内の支持板５を位置決めし、図示しな
い平滑化装置を用いて支持板５の上方に存在する材料を
平滑化することである。レーザー７により発生され、偏
向装置９と制御装置11により制御されるレーザービーム
８および10は、物体に対応する予め定められた箇所にお
いてこの層を照射し、これによりポリマー混合体３を焼
結し、物体の形状に対応する固体層6aを形成する。さら
なる層6b、6c、および6dが、各々の層の厚さに対応する
分だけ支持板５を下降させ、固化される新たな層を平滑
化し、物体６に対応する箇所を照射することにより順次
製造される。
本発明によれば、以下のポリマー混合体を用いること
が好ましい。ポリアミド／コポリアミド、ポリスチレン
／コポリアミド、PPE/PA混合体（ポリフェニルエーテル
／ポリアミド）例えばベストブレンド（vestoblend）、
PPE/SB混合体（ポリフェニルエーテル／スチレン／ブタ
ジエン）、ABS/PA混合体（アクリロニトリル−ブタジエ
ン−スチレン／ポリアミド）またはABS/PC混合体（アク
リロニトリル−ブタジエン−スチレン／ポリカーボネー
ト）。
ポリマー混合体３におけるポリマー成分の混合比を選
択することにより、物体（６）の機械的および／または
温度特性を広範囲に調節することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヴィルケニング，クリスティアン ドイツ連邦共和国，デー−86911 ディ ーセン，オーベラー アンゲル 14 (72)発明者 ランゲル，ハンス ジェイ. ドイツ連邦共和国，デー−82166 グレ ーフェルフィンク，アム バーセルボー ゲン 46 (56)参考文献 特開 平３−183530（ＪＰ，Ａ) 丸谷洋二 他著、「光造形法−レーザ ーによる三次元プロッター」日刊工業新 聞社 1990年10月30日，Ｐ26 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B29C 67/00

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電磁線放射により固化可能な材料を電磁線
    放射の作用により固化することによって製造すべき３次
    元物体を構成する連続層（6a、6b、6c、6d）を次々に形
    成して３次元物体を製造する方法において、上記材料は
    粉末状であり、各粉末粒子が２種類以上のホモポリマー
    またはコポリマーからなるポリマー混合体（３）である
    ことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】上記ポリマー混合体がポリアミドおよびコ
    ポリアミドからなることを特徴とする請求項１に記載の
    方法。
  3. 【請求項３】上記ポリマー混合体がポリスチレンおよび
    コポリアミドからなることを特徴とする請求項１に記載
    の方法。
  4. 【請求項４】上記ポリマー混合体がポリフェニルエーテ
    ルおよびポリアミドからなることを特徴とする請求項１
    に記載の方法。
  5. 【請求項５】上記ポリマー混合体がスチレンとブタジエ
    ンのコポリマーを含むことを特徴とする請求項１に記載
    の方法。
  6. 【請求項６】上記ポリマー混合体がポリフェニルエーテ
    ルを含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】上記ポリマー混合体がアクリロニトリル−
    ブタジエン−スチレンコポリマーおよびポリアミドから
    なることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】上記ポリマー混合体がアクリロニトリル−
    ブタジエン−スチレンコポリマーおよびポリカーボネー
    トからなることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  9. 【請求項９】上記電磁線放射はレーザー放射（８、９）
    であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記
    載の方法。
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